DB13 T 2554-2017 br单井地热资源评价技术规程.pdf

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1、ICS 27 F 15 DB13 河北省 地方标准 DB13/T 2554 2017 单井地热资源评价技术规程 Technical procedures of single-well provide geothermal resources evaluation 2017 - 09 - 06 发布 2017 - 10 - 06 实施 河北省质量技术监督局 发布 DB13/T 2554 2017 I 目 次 前言 . II 引言 III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 总则 . 3 5 基础资料收集要求 . 3 6 抽水试验技术要求 . 3 7 热储层水

2、文地质参数的计算方法 . 6 8 地热单井可开采量计算与确定 . 6 9 采灌井距的确定 . 7 10 回灌井回灌量的确定 8 11 地热水质量评价 8 参考文献 . 12 DB13/T 2554 2017 II 前 言 本标准 按 照 GB/T 1.1-2009给出的规则 起草。 本标准由河北省 国土资源厅 提出。 本标准起草单位：河北省地热资源开发研究所。 本标准主要起草人： 马云青、 刘福东、张德忠、刘江涛 、郑喜珍、苏永强、李志军、董加力、 董卿卿。 DB13/T 2554 2017 III 引 言 地热资源是一种清洁的能源，开发利用地热资源，对我省经济社会发展和大气环境保护起到了一定

3、的促进作用。河北省地热资 源丰富，地热开采井已遍及全省各地。地热资源的开发利用，源于地热单井的开采。因此，在区域地热资源评价的基础上，统一评价方法和标准，对单井地热资源进行评价，是科学开发利用地热资源的基础。 单井地热资源评价可为地热资源管理和科学规划提供依据，使地热资源开发利用布局更合理，实现地热资源有效保护和可持续利用。 DB13/T 2554 2017 1 单井地热资源评价技术规程 1 范围 本标准规定了地热单井抽水试验、热储层水文地质参数确定、可开采量计算与评价、采灌井井距及回灌量的确定、地热水质量评价等技术工作的要求。 本标准适用于河北省所有开发利用的地热井地热 资源评价。 2 规范

4、性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 5084 农田灌溉水质标准 GB 5749 生活饮用水卫生标准 GB 8537 饮用天然矿泉水标准 GB 8978 污水综合排放标准 GB 11607 渔业水质标准 GB/T 11615-2010 地热资源地质勘查规范 GB 50027 供水水文地质勘察规范 GB/T 14848 地下水质量标准 3 术语和 定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 地热资源 geothermal resources 能够经济地被人类所

5、利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。目前可利用的地热资源主要包括 :天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。本规程中的地热资源仅特指天然出露的温泉、通过人工钻井直接开采利用的地热流体中的地热资源。 3.2 地热资源评价 geothermal resources assessment 在综合分析地热资源勘查成果的基础上，运 用合理方法对地热资源蕴藏量、可开采量及质量进行的计算与评价。 3.3 地热储 geothermal reservoir 简称热储（ heat reservoir），埋藏于地下、具有有效空隙和渗透性

6、的地层、岩体或构造带，其中储存的地热流体可供开发利用。可分为孔隙型热储和裂隙型热储。 DB13/T 2554 2017 2 3.4 地热增温率 geothermal gradient 又称地温梯度，地球不受大气温度影响的地层温度随深度增加的增长率。通常用恒温带以下每深入地下 100m所增加的地温值来表示。 3.5 抽水试验 pumping test 一种在井中进行 计时计量抽取地下水，并测量水位变化的试验，目的是了解含水层富水性，并获取水文地质参数。 3.6 利用热储层段 segment of exploiting geothermal reservoir 简称利用段，地热井止水位置以下、下入

7、筛管段或射孔所对应的热储层段或裸眼段。孔隙型热储地热井为下入筛管段或水泥固井射孔段所对应的最上部含水砂岩的顶至最下部含水砂岩的底。裂隙型热储地热井为水泥固井止水以下钻凿揭露的热储层段。 3.7 可开采量 exploitable reserves 经勘查或经开采验证的在当前开采经 济技术条件下能够从热储中开采出来的储量，是地热储量的一部分，考虑到可持续开发，经拟合计算允许每年合理开采的地热流体量。 3.8 最高热水位埋深 minimum buried depth of water level in the borehole 在地热井井口水温达到最高且稳定时的最小水位埋深（最高水位标高）。 3.9

8、 动水位埋深 dynamic water level depth 地热井在开采条件下的水位埋深。 3.10 空隙率 void fraction 地热流体贮存空间（连通性孔隙、裂隙）体积占热储总体积的比 率。 3.11 渗透性 permeability 地质体可以让流体渗透、透过的能力。一般以渗透率，即压力梯度为 1时，动力粘滞系数为 1的液体在介质中的渗透速度来表示其能力的大小。 3.12 地热回灌 geothermal reinjection 为保持热储压力、充分利用能源和减少地热流体直接排放对环境的污染，对经过利用（降低了温度）的地热流体通过地热井重新注回热储，也可利用其他清洁水源进行回灌

9、。 DB13/T 2554 2017 3 4 总则 4.1 地热井地热资源评价工作应在掌握区域地热地质资料，附近已有地热井钻探、物探测井、抽水试验、分析检测、动态监测等数据基础上 进行综合性评价工作基础上进行单井评价。 4.2 地热井地热资源评价工作的重点是 : a) 在地热井按地热地质勘查孔的技术要求钻井施工，取全取准各项钻井地质及地热参数资料的前提下，开展抽水试验及水质检测分析工作； b) 查明利用热储层段的岩性、空间分布、空隙率、渗透性及产能； c) 查明热储盖层岩性、厚度变化、对热储的封闭情况及其地热增温率； d) 查明地热水物理性质与化学组分，并对其可利用方向做出评价； e) 计算评

10、价地热井地热资源量、可开采的控制范围、可开采量及采灌井距的确定，提出地热资源保护与可持续开发利用的建议。 4.3 单井地热资源评价原则：要维 持连续、稳定的开采量，以最少 50 年的服务年限考虑，其地热流体资源量必须得以保证；在计算可开采量的同时，也要考虑回灌量的调节作用，要强化保护，合理开采，可持续利用。 5 基础资料收集要求 5.1 应充分收集地热井钻探施工阶段取得的各项资料，主要包括：钻探施工过程、钻井液配比与记录、地热地质编录、井身井管结构、地球物理测井及洗井等资料。 5.2 应重点收集地热井钻凿揭露的地层结构、岩性、地温变化、热储的空隙率及渗透率等资料。 6 抽水试验技术要求 6.1

11、 抽水试验的目的 确定抽水井的特性曲线和实际涌水量，评价含水层的富水性、确定热储层水文地质 参数，了解各含水层间的水力联系，计算井的最大涌水量、单位涌水量和可开采量。为评价地热资源提供依据。 6.2 抽水试验前试抽的要求 抽水试验前要进行试抽水，根据试抽水情况，选择扬程、出水量、耐温度、功率等技术指标相适宜的热水泵型号，初步确定抽水最大降深（ Smax）及采用水位恢复法初步确定最高热水位埋深。 6.3 抽水试验技术要求 6.3.1 一般要求 6.3.1.1 抽水试验前应制定抽水试验方案，其技术要求应满足 GB/T 11615-2010 中单孔、多孔抽水试验要求，依据热储类型及现有地热井分布状况

12、确定抽水试验的方法和试验要求，严格按照方案进行。 6.3.1.2 应充 分利用周围已有的同层地热井做观测孔。 6.3.1.3 抽水试验时，最大降深试验宜按非稳定流方法进行。 DB13/T 2554 2017 4 6.3.1.4 要做好现场记录，并绘制必要的草图，现场确定抽水试验是否正常，试验中发现问题及时纠正。 6.3.2 抽水试验方法的选取 6.3.2.1 对负水头承压井采用定流量抽水试验，对自流井（正水头）采用定降深（压）放水试验。 6.3.2.2 在条件允许的情况下，采用压力观测进行抽水降压试验。 6.3.2.3 通过地热井试水，若动水位在较短时间达到稳定，宜采用稳定流方法进行抽水试验；

13、若动水位较长时间才达到稳定，宜采用非稳定流方法进行抽水试验。 多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水试验一般采用非稳 定流抽水试验方法 。 6.3.3 稳定流抽水试验 6.3.3.1 该方法通过涌水量及所对应的井中水位降深计算热储层水文地质参数，并通过抽水降深与其对应的涌水量关系，拟合 Q-f(S)曲线，推算单井最大涌水量。 6.3.3.2 为确定 Q-S 曲线形态，宜进行 3 次降深试验，反向抽水，先进行最大降深（ S3=Smax）抽水试验，其后为中、小降深，降深比例分别为大降深的 2/3 和 1/3 左右。各抽水降次稳定（即观测水位每小时波动小于 5 8cm）时间分别为 24、 8、 8

14、小时。 6.3.4 非稳定流抽水试验 6.3.4.1 宜进行 3 次降深抽水试验，最大降深试验延续时间大于 48 小时（视具体情况在水温稳定情况下，应满足两个对数周期），中、小降深稳定时间分别为 8、 8 小时即可。 6.3.4.2 当进行多孔抽水试验时，以地热井最大出水能力作为抽水量，抽水延续时间不少于 168 小时。 6.3.4.3 抽水试验结束前，应取全分析水样一组。 6.3.4.4 恢复水位观测至拐点出现后再连续观测 10 个小时即可结束。 6.3.5 抽水试验观测记录要求 6.3.5.1 正式抽水前应先进行试验抽水，确保热水潜水泵、配电装置及测量装备可以正常运转后，停泵，准备正式抽水

15、试验。停泵的同时，应追测最高热水位埋深，待井孔内水位上升到最高点（该水位最高点作为抽水试验最高热水位埋深），然后进行正式抽水试验；若未进行最高热 水位埋深追测，抽水前应准确观测水位埋深，同时测量静水水面温度。抽水试验过程中，要求水温、流量及主井和观测孔水位同步观测。 6.3.5.2 观测时间为抽水开始后第 1、 2、 3、 4、 6、 8、 10、 15、 20、 25、 30、 35、 40、 50、 60、 80、100、 120 分钟 ,之后每 30 分钟观测一次。 6.3.5.3 恢复水位观测频率与抽水观测频率相同。 6.3.5.4 水位观测单位为米，数据精确到 0.01 米。 6.3

16、.5.5 流量单位为立方米，观测数据精确到 0.01 立方米；水温单位为摄氏度，观测数据精确到 0.1摄氏度。 6.3.6 资料整理要求 DB13/T 2554 2017 5 6.3.6.1 检查记录表，对水位、水量、水温、观测时间等数据，要进行审查、校对，发现异常可根据情况进行修正，并誊清一份存档。 6.3.6.2 绘制抽水曲线图，包括： a) 涌水量历时曲线： Q-t 曲线 ； b) 降深历时曲线： S-t 曲线 ； c) S-lgt 曲线 ； d) Q-f(Q)曲线及 Q-f(h)曲线 。 6.3.6.3 确定 Q=f(s)曲线类型 Q-S解析式的确定方法： S=a1Q1+a2Q2+a3

17、Q3， a1、 a2、 a3 为待定系数； 依据三次降深抽水资料（ QI;SI） ,采用曲度法确定曲线类型，并用最小二乘法计算系数。 6.4 最高热水位埋深的修正方法 6.4.1 最高热水位埋深修正 若抽水前未 追测到最高热水位埋深，必须修正成抽水时上下形成统一热力场的最高热水位埋深，才能与观测的水位埋深、水量、水温相匹配进行参数计算。因抽水前井内热水水温是自上而下逐渐增高的水柱，它不能代表抽水状态下温度达到稳定后的最高热水位埋深。 6.4.2 公式计算法 水位校正 (换算到热储层平均温度 ) ，可用公式（ 1）进行校正。 高平 01 h-h-HHh (1) 式中： h 校正后水位埋深 (m)

18、； H 利用热储层段中点的埋深（ m） ； h1 观测水位埋深（ m）； h0 基点高度（ m）； 平 地热井内水柱平均密度（ kg/m3）； 高 热储最高温度对应密度（ kg/m3）。 6.4.3 作图法 依据抽水试验时三次降深测得的动水位埋深（ hi）和出水量 (QI)作图，反算最高热水位埋深。即曲线交于纵轴出水量为零时，便是最高热水位埋深。此法简便、真实、实用。 6.4.4 粗略概推法 停泵后，立即观测恢复水位，由于热储层的高压力，动、势能量的转换，当水位恢复到最高点，即最高热水位埋深。 7 热储层水文地质参数的计算方法 DB13/T 2554 2017 6 热储层水文地质参数的计算方法

19、按照 GB 50027。 8 地热单井可开采量计算与确定 8.1 地热单井可开采量计算原则 8.1.1 热储层顶、底板埋深、水位（水头）埋深均以自然地面起算。 8.1.2 最高热水位埋深按单井试抽水试验追测的最高热水位埋深确定或按热储平均温度下的水密度换算求得、动水位埋深由抽水时实测井内水位确定。 8.2 单井可开采量的初步确定 依据地热井抽水试验资料绘制的 Q=f(s)曲线，用内插法 (最大水位降深以不大于 20 m为宜 )初步确定地热井可采量。 8.3 单井地热资源量的计算 8.3.1 单井 50 年开采热资源总量计算 以公式 (2)计算开采 50年所排放的总热量。 Qw=QTw Cw（

20、tw t0） (2) 式中： QW 地热井开采 50年所排放的总热量 (kJ)； Q 地热井的日可开采量 (m3/d)； w 地热水密度（ Kg/m3）； Cw 地热水比热（ J/Kg）； tW 地热水温度 ( )； t0 当地年平均气温 ( )； T 50年内单井累计抽水天数（ d）。 8.3.2 热储层单位面积可采热储存量计算 依据地热井地质剖面，按公式 (3)计算确定地热井开采利用热储层单位面积可开采的热储存量。 Qr=KHCr（ tw t0） =KHc Cc（ 1 ） +w Cw （ tw t0） (3) 式中： Qr 地热井开采影响区内单位面积可开采热储量 (kJ/m2)； K 热储

21、层地热采收率 (取值 0.15)； H 地热井利用热储厚度 (m)； Cr 热储层的平均热容量 (kJ/(m3 )； c 热储岩石密度（ Kg/m3）； Cc 热储岩石比热（ J/Kg）； 热储岩石的空隙率，无量纲； tr 热储层平均温度 ( )； DB13/T 2554 2017 7 t0 当地年平均气温 ( )。 8.4 单井地热开采所需热储面积计算 8.4.1 单井 50 年地热开采所 需热储面积计算 按均衡原理以公式 (4)计算热储层可采热储存量与地热井开采 50年排放总热量保持均衡所需的热田面积，并按圆面积公式估算地热井的井距。 F=Qw/Qr (4) 式中： F 保持均衡所需的热田

22、面积 (m2)； QW 地热井开采 50年所排放的总热量 (kJ)； Qr 地热井开采影响区内单位面积可开采热储量 (kJ/m2)。 8.4.2 地热开采井影响井距的确定 FD 2 （ 5） 式中： D 地热井开采影响井距 (m)。 8.5 地热单井可开采量的确定 8.5.1 在该计算所需热田范围内尚无其它地热生产井或已有地热井的井距超过计算的布井间距，可将地热井抽水试验资料初步确定的可开采量作为该井的可开采量。 8.5.2 若该计算所需热田范围未超出地热单井设置的探矿权范围，可将地热井抽水试验资料初步确定的可开采量作为该井的可开采量，并以该井位（定向井为利用段中点的地面投影位置）为中心，将所

23、需热田范围按正方形确定控制范围。 8.5.3 若该计算所需热田范围超出了地热单井设置的探矿权范围，将以该井位（定 向井为利用段中点的地面投影位置）到最近探矿权的边界投影距离的 2 倍作为正方形的边长。以该正方形的面积作为该井可开采的控制范围。并以该范围内的可采热储存量作为该井地热水开采允许排放的热量，进而反求其可开采量。 8.5.4 回灌情况下开采井可开采量，应根据回灌井的回灌试验，可增加最大稳定回灌量的 50%。 9 采灌井距的确定 回灌井 与 开采井的距离主要取决于冷热水的混合峰面 ， 自回灌井向开采井的运移时间和速度，概化研究区内地热地质条件后，回灌井与开采井井间距计算公式为： )(3

24、QQww Cb QtcD (6) 式中： D 回灌井与开采井井间距离（ m）； DB13/T 2554 2017 8 wwc 、 QQC 流体和热储层的热容（ MJ/m3 ）； Q 回灌量（ m3/h），取供暖期平均回灌水量； b 开采井利用热储厚度（ m）； t 冷热水的混合峰面到达开采井的时间，按 50年，每年开采 120天计算。 10 回灌井回灌量的确定 10.1 回灌井稳定回灌量的确定 地热回灌井稳定回灌量的确定一般可通过 实际回灌试验确定 。 若未进行回灌试验，也可采用类比方法，通过相似热储回灌状况，采用式（ 7）来初步计算确定。 Q=PM H (7) 式中： Q 稳定回灌量（ m3

25、/d）； P 热储层吸收率（ m3/d m2），可根据附近已有相同热储层回灌井参数确定； M 利用热储厚度 （ m）； H 回灌时孔内水位上升的稳定高度（ m）。 10.2 回灌井可回灌量的确定 回灌井可回灌量的确定可采用 式（ 8）计算： t3 b ww aa2 ）（ DQ (8) 式中： Q 可回灌量（ m3/d）； D 对井井底距离（ m）； b 回灌井 利用热储厚度 （ m）； t 冷热水峰面到达开采井的允许时间（ d，按 50年计）； w w、 a a 流体和 热储层 的热容 （ MJ/m3）。 11 地热水质量评价 11.1 一般要求 11.1.1 地热水质量评价应与地热资源计算与

26、评价同时进行，以提供地热资源的质量品位，作为地热资源开发的基础和依据。 11.1.2 地热水质量评价应依据不同用途按有关的国家标准或行业标准进行综合评 价。 11.1.3 地热水质量评价应在地热井试验现场和定期采样进行全分析、 微量元素、酚氰及物理性等检测的基础上进行，必要时补充进行微生物检测。 11.2 地热水不同用途评价 DB13/T 2554 2017 9 11.2.1 理疗热矿水评价 可按照 GB/T 11615-2010附录 E对其属于何种类型的理疗热矿水做出评价。 11.2.2 饮用天然矿泉水评价 地热水符合饮用天然矿泉水界限指标及限量指标的，可按照 GB 8537进行评价。 11

27、.2.3 生活饮用水评价 地热水可作为生活饮用水源的，应按照 GB 5749做出评价。 11.2.4 农业灌溉用水评价 低温地热水在用于采暖供热等目的后的弃水，按照 GB 5084对其是否适用于 农业灌溉用水做出评价。 11.2.5 渔业用水评价 低温地热水用于水产养殖的，按照 GB 11607对其是否符合水产养殖做出评价。 11.3 地热水腐蚀性评价 11.3.1 对氯离子含量高（ 25%毫克当量百分数）的地热水，地下热水的腐蚀性宜采用拉申指数进行评价。 计算公式： ALKSOCLLI 4 （ 9） 式中： LI 拉申指数（无量纲）； CL 氯化物浓度； SO4 硫酸盐浓度； ALK 总碱度

28、。 三项均以等当量的 CaCO3， 单位为毫克每升（ mg/L）表示。 判别标准：当 LI 0.5 时，表明具腐蚀性， LI 值越大，腐蚀性越强。 LI 10.0时属于强腐蚀性的水； 3.0 LI 10.0时属于中等腐蚀性的水； 0.5 LI 3.0时属于轻腐蚀性的水； LI 0.5时无腐蚀性的水。 11.3.2 对氯离子含量低（ 25%毫克当量百分数）的地热水，地热水的腐蚀性宜参照工业上用腐蚀系数来衡量。 计算公式： 对碱性水 Kk=1.008(rMg2+-rHCO3-) （ 10） 对酸性水 Kk=1.008(rH+rAl3+rFe2+rMg2+-rHCO3-rCO32-) （ 11） D

29、B13/T 2554 2017 10 式中： Kk 腐蚀系数； r 离子含量的每升毫克当量（毫摩尔 ）数 。 判别标准： 腐蚀系数 Kk0，称为腐蚀性水； 腐蚀系数 Kk0,称为半腐蚀性水； 腐蚀系数 Kk0，并且 Kk+0.0503Ca2+0,称为非腐蚀性水。 11.4 地热水结垢评价 11.4.1 可参照工业上用锅垢总量 H0（ mg/L）来衡量地热水的结垢性： 计算公式： H0=S+C+36rFe2+17rAI3+20rMg2+59rCa2+ （ 12） 式中： H0 锅垢总重量（ mg/L）； S 地热水中的悬浮物含量（ mg/L）； C 胶体含量 C=SiO2+Fe2O3+AI2O3

30、，（ mg/L）； r 离子含量的每升毫克当量数。 判别标准： H0 125为锅垢很少的水； 125 H0 250为锅垢少的水； 250 H0 500为锅垢多的水； H0 500为锅垢很多的水。 11.4.2 地热水硬垢评价 计算公式： Kn=Hn/H0 （ 13） 式中： Kn 硬垢系数（无量纲）； Hn=SiO2+20rMg2+68（ rCI-+rSO42-rNa+-rK+）； H0 锅垢总重量（ mg/L）； SiO2 二氧化硅的含量（ mg/L）； r 离子含量的每升毫克当量数 。 判别标准： Kn 0.25为具有软沉淀物的水， 0.25 Kn 0.5为具有中等沉淀物的水， Kn 0.

31、5为具有硬沉淀物的水。 11.4.3 地热水的起泡评价 计算公式： F=62rNa+78rk+ （ 14） 式中： DB13/T 2554 2017 11 F 起泡系数（ mmol/L）； 其它项目同（ 28）式。 判别标准： F 60为不起泡的水； 60 F 200为半起泡的水； F 200为起泡的水。 DB13/T 2554 2017 12 参 考 文 献 1 DZ 40-85 地热资源评价方法 2 天津地区地热单（对）井资源评价技术要求（ 2006年） 3地热单井勘查报告审批要求 ， 储办发 1996 51号 4水文地质手册（第二版） 5供水水文地质手册第二册 6河北省第三轮市县级矿产资源总体规划编制技术规程 ， 冀国土资函 20151082号